Giáo trình cơ bản về PIC

PIC này, cho nên chúng tôi chỉ đề cập đến 3 loại PIC này mà thôi. Sau khi các bạn có mạch nạp, chương trình nạp, MPLAB IDE, CCS C hoặc HT PIC, các bạn làm mạch chạy này. Kể từ đây khi thiết kế cách mạch test, hoặc các thiết bị ngoại vi khác, cần thử nghiệm, các bạn chỉ việc thiết kế mạch ngoài, sau đó cắm vào các chân ra và chạy thử. Khi mạch chạy tốt, các bạn muốn thiết kế được hoàn chỉnh, các bạn chỉ việc copy mạch chạy từ Orcad và dán vào mạch nguyên lý của thiết bị của bạn. Xoá các chân header đi, và nối dây vào trong mạch chạy PIC. Như vậy, chúng ta không phải tốn thời gian thiết kế cho PIC nữa. Một vài điểm lưu ý về mạch như sau: - Nguồn chỉ dùng cho PIC, tuyệt đối không dùng bộ nguồn này cho thiết bị ngoại vi. Nếu thiết bị ngoại vi cần nguồn, các bạn thiết kế bộ nguồn riêng. Một số thiết bị ngoại vi quá đơn giản, và tốn ít dòng, các bạn có thể dùng nguồn chung (khoảng 100mA) - - Tôi không khuyến khích dùng dao động nội của PIC, bởi vì dao động nội chỉ chạy được ở 4MHz, và không ổn định như dùng thạch anh ngoài. Một số đề tài công nghiệp, họ dùng thạch anh chuẩn công nghiệp 4 chân, nên chúng ta cũng tạo thói quen dùng thạch anh ngoài, không cần quá tận dụng 2 chân của PIC. - - Mạch reset này là mạch reset đơn giản nhất của PIC, và tạo chế độ reset power on. Một số ứng dụng của PIC yêu cần mạch brownout reset, các bạn có thể tham khảo trong datasheet. Nhưng tôi thiết nghĩ, những đề tài thông thường, không cần dùng mạch brownout reset này. - - Chúng ta thống nhất chuẩn thiết kế cho các header là nối vào các chân của PIC theo thứ tự hai chân ngoài cùng là Rx0 và GND. Mục đích là để khi chạy mạch in, chân GND có thể được xếp ra phía ngoài, chân Rx0 để quy định cho tất cả các port khác nhau, vì có port chỉ có 3 chân, có port 5 chân, 8 chân... Nếu lấy chân RB7 làm chuẩn chẳng hạn, thì sẽ rất khó giải thích khi lấy chân RA4 đặt ra phía ngoài. Vì vậy RA0 và RB0 chúng ta lấy làm chuẩn. Điều này cũng đã được thực hiện trong một số tutorial, và gần như là quy ước bất thành văn khi thực hiện các mạch phát triển cho vi điều khiển. Chân VDD (5V) được nối vào, nhằm sử dụng cho các ứng dụng cần có điện áp ngõ vào, nhưng không cao lắm như ở trên đã nói (100mA). Tuyệt đối không thiết kế chân VSS (GND) và chân VDD (5V) ở hai đầu của header, tránh tình trạng đôi khi chúng ta không để ý cắm nhầm, có thể làm hỏng PIC, hoặc hỏng luôn cả thiết bị ngoại vi. - - Các nút bấm và công tắc, tôi thiết kế là các nút bấm 4 chân, vì hiện nay trên thị trường hầu như chỉ bán loại nút bấm này, và loại nút bấm này chắc chắn hơn loại 2 chân trước đây. Các bạn cũng lưu ý sau này khi thiết kế nút bấm cũng nên thiết kế nút bấm 4 chân. - - Con ổn áp 78L05 khác với con 7805. Nó là dạng TO92, tức là nó giống như con transistor thông thường, nên rất nhỏ, chứ không phải dạng 3 chân và có tấm tản nhiệt phía sau như con 7805. Do vậy, mạch thiết kế sẽ nhỏ đi khá nhiều. - - Ở đây, tôi không chạy ra mạch in, vì rằng tôi muốn dành công việc này cho các bạn sinh viên mới học. Sau khi các bạn làm xong mạch in, nếu các bạn có thể chia sẻ với chúng tôi thì thật là tuyệt vời. Chỉ có một điều lưu ý là, chúng ta thường không cắm trực tiếp vi điều khiển vào mạch để hàn, mà chúng ta cắm qua một socket để có thể gỡ ra lập trình lại, và để đảm bảo không bị cháy PIC khi hàn. Do vậy, khi cắm socket, các bạn sẽ có thể nhét hai tụ nối ở thạch anh vào bên trong socket, khi cắm PIC lên, nó sẽ che hai cái tụ đó đi, và mạch của các bạn sẽ gọn gàng hơn. Socket loại 18 chân không thể nhét thạch anh - và điện trở nối từ chân MCLR đến VDD vào bên trong được, nhưng sau này khi dùng PIC 28 hoặc 40 chân, các bạn nên nhét tất cả vào bên dưới socket để cho mạch gọn gàng hơn. - Một điểm cuối cùng, chúng tôi không thiết kế phần nạp bằng ICSP, bởi vì chúng tôi không muốn làm cho các bạn mới học PIC cảm thấy bối rối. Chúng ta sẽ thực hiện mạch chạy PIC với các chân ICSP và bootloader sau. Bài tập 1: Bật tắt đèn LED Cực dương của LED được nối với điện trở, điện trở được nối với các chân vi điều khiển. Cực âm của LED được nối với GND của vi điều khiển. Như vậy, khi chân vi điều khiển ở mức cao, tức là 5V, đèn LED sẽ sáng. Khi chân vi điều khiển ở mức thấp (0V) đèn LED sẽ tắt. Lưu ý trong hình: Giá trị của điện trở được xác định dựa vào dòng tối đa của vi điều khiển, điện áp và dòng điện tối đa của đèn LED. Như vậy, giá trị nhỏ nhất của điện trở được dùng được tính toán như trong hình. R = 125 Ohm. Tuy nhiên, để đảm bảo hoạt động của đèn LED, chúng ta nâng giá trị điện trở lên thành 200 Ohm. Đèn LED khi sáng quá, chỉ cần sờ tay vào nó, hoặc các va chạm mạnh, hoặc trường hợp bị tĩnh điện, đèn LED có thể bị hư ngay. Hiện tượng này dễ thấy nhất là ở các LED cực sáng dùng trong các bảng hiệu hoặc biển báo giao thông, các đèn LED cực sáng chỉ cần chạm tay vào, sẽ có hiện tượng tĩnh điện và nổ ngay. Với các LED thường và dùng trong thí nghiệm, khó xảy ra hiện tượng này, tuy nhiên chất lượng sản xuất của các đèn LED cũng không đảm bảo, do vậy chúng ta chọn giải pháp an toàn là trên hết. Hơn nữa, chúng ta cũng không cần đèn LED quá sáng. Để bắt đầu bài tập 1, chúng ta tìm hiểu sơ qua về cấu trúc một chương trình viết bằng MPASM như sau: Bất cứ một chương trình ASM nào, cũng được bắt đầu bằng việc giới thiệu về chương trình, tên chương trình, người thực hiện chương trình, ngày thực hiện chương trình, ngày hoàn tất, người kiểm tra lại chương trình, ngày kiểm tra chương trình, phiên bản của chương trình, mô tả phần cứng của mạch giao tiếp và một số chú thích. Vì vậy, tôi đưa ra đây một form mà tôi cho rằng hợp lý, từ đây về sau, các bạn chỉ cần cắt dán form này, thay đổi nội dung từng mục để làm phần mở đầu. Chúng ta quy định một số quy ước sau: ;========== dùng để phân cách các phần chính của chương trình ;---------------- dùng để phân cách các chương trình con của chương trình Mặc dù chưa chắc rằng đoạn chú thích này có thể ngắn hơn chương trình các bạn viết, và như vậy việc viết chú thích dài hơn việc viết chương trình? Không, thực sự các chú thích này rất quan trọng, vì sau 1, 2, 3 năm, các bạn nhìn lại, các bạn sẽ vẫn còn hiểu được mình đã làm gì. Có thể khi mới bắt đầu, các bạn thấy công việc ghi chú này là nhàm chán, chính vì vậy, tôi đã cung cấp form của ghi chú này, các bạn sau đó chỉ cần cắt và dán. Tôi hy vọng rằng các bạn nên tạo thói quen đưa đoạn chú thích này vào chương trình để các bạn trở nên chuyên nghiệp hơn khi làm việc với vi điều khiển, cụ thể ở đây là PIC. Tất nhiên, đây là bài học đầu tiên, do vậy các chú thích sẽ được ghi rất chi tiết, nhất là khi mô tả phần cứng. Sau này, với các mạch phức tạp hơn, các bạn không thể ghi chú quá chi tiết như thế này được, các bạn chỉ ghi chú những điểm chính thôi. Cũng tất nhiên, khi lập trình với CCS C hay HT PIC, các bạn cũng nên ghi chú như vậy trong chương trình chính, nhưng chúng ta chưa bàn đến CCS C và HT PIC ở đây. Phần thứ hai các bạn cần học, đó là khởi tạo PIC. Phần này là phần bắt buộc theo sau phần ghi chú, bởi vì chương trình dịch cần phải hiểu bạn đang làm việc với con PIC nào, làm việc với nó như thế nào? Code: ác bạn sẽ thấy rằng có một số từ khoá như sau: TITLE: dùng để các bạn ghi chú thích tên chương trình. TITLE là ten chương trình chính. Cú pháp ghi TITLE như trên. Nhớ phải có dấu nháy kép khi viết tên chương trình. PROCESSOR: dùng để khai báo dòng vi điều khiển mà các bạn sử dụng. Các bạn lưu ý, trong MPLAB quy định, không viết đầy đủ tên PIC16F628A mà chỉ viết P16F628A, vì trong chương trình dịch đã quy định như vậy. INCLUDE: dùng để đưa thêm vào các file mà bạn viết trong chương trình. Mặc định, trong MPLAB đường dẫn đến thư mục chứa file P16F628A.inc đã có sẵn. Nếu bạn đặt file ở nơi khác không phải trong thư mục bạn đang làm việc, hoặc các file include khong phải là file .inc có sẵn của MPLAB, thì các bạn phải chỉ đường dẫn rõ ràng. Lưu ý rằng, để MPASM dịch được, các bạn phải đặt đường dẫn từ thư mục gốc đến hết tên file (kể cả phần mở rộng của file) không được quá 60 ký tự. __CONFIG: dùng để thiết lập các chế độ hoạt động của PIC. Các bạn có thể xem để hiểu thêm về các chế độ hoạt động này trong tài liệu PICmicro Mid Range MCU Family Reference Manual Section 27. Device Configuration Bits Table 27-1 page 27-7 Tài liệu này có thể download trên trang web của microchip www.microchip.com, keyword: MidRange Manual. Mỗi directive để đặt chế độ, cách nhau một ký tự &. Nếu ghi chế độ hoạt động vào đây, các chế độ hoạt động sẽ ở trạng thái mặc định khi khởi động. Các bạn cũng có cách khác để đặt chế độ hoạt động bằng cách tác động trực tiếp vào các thanh ghi khởi tạo. Tuy nhiên, việc này là việc làm không cần thiết, khi chúng ta đã có các directive để viết tắt. Như vậy, chúng ta đặt ở đây chế độ _CP_OFF, tức là khôngđặt chế độ bảo vệ source code khi nạp vào PIC, sau khi nạp vào sẽ có thể đọc ngược lại từ PIC ra. Chúng ta không cần bảo vệ chương trình này, để bạn có thể đọc ngược bằng IC-PROG và kiểm tra lại. Chế độ _PWRITE_ON, tức là cho timer 0 chạy khi Power On Reset. Thực ra timer0 có chạy hay không cũng không quan trọng, vì nó chẳng liên quan gì đến công việc của chúng ta. Nếu sau này muốn dùng timer0, thì các bạn vẫn phải khởi tạo lại giá trị cho nó, chứ đâu thể sử dụng giá trị ngẫu nhiên của nó được, thành ra cứ để cho nó chạy, sau này cần dùng khỏi phải khởi tạo. _WDT_OFF, tại thời điểm này, tôi tắt Watch Dog Timer vì lý do các bạn chưa nên tìm hiểu phần này vội. _HS_OSC, chúng ta dùng thạch anh 10MHz, tức là chạy chế độ dao động HS. Tham khảo tại: datasheet PIC16F628A Section 14. Special Features of the CPU 14.2. Oscillator Configuration Page 95 Một điểm lưu ý cuối cùng là các bạn phải sử dụng phím TAB để phân cách các cột của một chương trình viết bằng MPASM. Các dòng khởi tạo này được viết ở cột thứ 3. Các directive __CONFIG, TITLE, PROCESSOR, INCLUDE được viết vào cột thứ 3. Còn chi tiết khởi tạo được viết vào cột thứ tư. Cột thứ nhất dùng để viết các [NHÃN], cột thứ hai để viết mã lệnh, cột thứ ba lại dùng để viết chi tiết các tham số của lệnh, và cột thứ tư bỏ trống để tạo khoảng cách với cột thứ năm. Cột thứ năm dùng để viết các chú thích. Các chú thích bắt đầu bằng dấu chấm phẩy (. Trên một dòng, tất cả các ký tự viết sau dấu chấm phẩy đều vô nghĩa. Chính vì vậy, khi viết phần chú thích ban đầu, các bạn thấy rằng tất cả nội dung đó đều bắt đầu bằng dấu chấm phẩy. Như vậy, một dòng lệnh được cụ thể như sau: Bây giờ chúng ta dành chút thời gian cho lý thuyết, các bạn mở datasheet PIC16F628A trang 15, Section 4. Memory Organization Chúng ta sẽ thấy rằng tổ chức bộ nhớ chương trình của PIC được chia ra làm mấy phần như sau: - Pointer - Stack - Interrupt vector - Program memory Chúng ta tạm thời chưa bàn đến pointer và stack. Interrupt vector được đặt ở địa chỉ 0x0004 Program memory được đặt ở địa chỉ 0x0005 Vậy từ địa chỉ 0x0000 đến địa chỉ 0x0003 chúng ta làm được gì? Khi PIC được reset, nó lập tức nhảy về địa chỉ 0x0000. Rồi cứ sau một chu kỳ máy, nó nhảy đến địa chỉ tiếp theo, xem xem trong địa chỉ đó yêu cầu nó làm gì, nó thực hiện việc đó, xong rồi lại nhảy tiếp. Cứ làm như thế cho đến khi hết chương trình. Tất nhiên, khi chúng ta thực hiện một số lệnh điều khiển vị trí nhảy, thì nó sẽ nhảy không theo thứ tự nữa, nhưng việc này chưa bàn vội. Chúng ta trước mắt chỉ cần biết rằng nó cứ nhảy như vậy cho đến hết chương trình. Như vậy, nếu không sử dụng ngắt, thì chúng ta viết chương trình từ địa chỉ 0x0000 luôn, vì nó cứ thế là nhảy từ 0x0000 khi khởi động, cho đến hết chương trình. Tuy nhiên, nếu làm như vậy, sau này chúng ta sử dụng chương trình ngắt, thì chúng ta sẽ gặp trục trặc vì thói quen viết từ địa chỉ 0x0000. Chính vì vậy, chúng ta nên đặt chương trình trong phần Program Memory như ý đồ thiết kế PIC. Vậy, chương trình của chúng ta sẽ viết như sau: Đây sẽ là cấu trúc một chương trình mà chúng ta sẽ thực hiện Directive ORG dùng để xác định địa chỉ mà chúng ta sẽ làm việc. Bây giờ chúng ta xem tiếp đến trang 16 của datasheet. Chúng ta thấy rằng, bộ nhớ dữ liệu của PIC16F628A được chia ra thành 4 BANK, hay chúng ta gọi tiếng Việt là 4 BĂNG. Trong 4 băng này, chúng ta thấy rõ nó được chia làm 3 phần. Phần thứ nhất là phần các thanh ghi có địa chỉ xác định (được ghi chú ở bên cạnh) và có tên tuổi rõ ràng. Những thanh ghi này được gọi là những thanh ghi đặc biệt của PIC. Tên của chúng, thực ra không có, một thanh ghi chỉ được xác định bằng địa chỉ của thanh ghi mà thôi. Tuy nhiên, chúng ta đã làm động tác include file P16F628A.inc, file này đã định nghĩa sẵn tên các thanh ghi này, và là quy ước của MPLAB, đồng thời cũng là quy ước chung cho tất cả người dùng PIC. Chúng ta có thể thay đổi, sửa chữa những định nghĩa này, tuy nhiên việc làm đó vừa không cần thiết, lại vừa gây ra rất nhiều khó khăn khi làm việc nhóm. Vậy các bạn phải hiểu, những tên thanh ghi này xem như là không thay đổi trong PIC, và chúng ta sử dụng nó như nó đã tồn tại vài chục năm nay. Phần thứ hai, đó là phần General Purpose Register. Chúng ta gọi nó là các Thanh Ghi Dùng Chung. Những thanh ghi này chưa được định nghĩa, và vì thế nó cũng không có tên. Những thanh ghi này có giá trị như các biến trong chương trình mà chúng ta sẽ sử dụng. Phần thứ ba, đó là các thanh ghi nằm ở địa chỉ 70h đến 7Fh, và vị trí tương ứng của nó ở băng 1, 2, 3. Các thanh ghi tương ứng đó ở bank1, 2, 3 sẽ tương thích với các thanh ghi từ 70h đến 7Fh ở băng 0. Tuy nhiên, chúng ta tạm thời chưa quan tâm đến phần này. Bây giờ chúng ta học viết chương trình Rồi, như vậy, chúng ta đã thực hiện xong một chương trình viết bằng MPASM cho PIC16F628A. Phân tích chương trình, chúng ta sẽ thấy, mới khởi động, chương trình gặp lệnh goto main, nó sẽ nhảy đến nhãn MAIN. Ở nhãn MAIN, nó gặp lệnh banksel, tức là lệnh bank select. Có nghĩa là nó sẽ chuyển sang hoạt động ở băng có chứa thanh ghi TRISB. Vì sao? Bởi vì ban đầu khởi động, PIC luôn nằm ở băng 0. Nhưng thanh ghi TRISB lại nằm ở băng 1, vì thế cần phải chuyển sang băng 1 để làm việc. Thực ra chúng ta cũng có cách để yêu cầu PIC chuyển sang băng 1 một cách đích danh, chứ không phải là chuyển sang băng có thanh ghi trisb như chúng ta vừa làm. Nhưng việc này là không cần thiết, cả hai việc làm đều giống nhau. Chính vì vậy, chúng ta chọn cách viết nào cho dễ nhớ là được. Sau khi chuyển sang băng 1. Chúng ta dùng lệnh CLRF để xoá thanh ghi TRISB. Tức là TRISB = 00000000 Chúng ta lưu ý một điều rằng, thanh ghi TRISB có công dụng quy định PORTB sẽ có những chân nào là chân xuất, chân nào là chân nhập. Chúng ta nhớ thêm một điều nữa, số 0 giống chứ O, và số 1 giống chữ I. Như vậy, khi TRISB = 00000000 tức là PORTB sẽ là OOOOOOOO, tức có nghĩa là tất cả các chân của portB đều là Output. Nếu TRISB = 01010101 thì PORTB sẽ là OIOIOIOI. Có nghĩa là RB0 sẽ là Input, RB1 là Output, RB2 là Input, RB3 là Output.. cứ như thế cho đến RB7 là Output. Lưu ý rằng RB0 đến RB7 được tính từ phải sang trái. Sau đó, chúng ta lại thực hiện lệnh Banksel portb, tức là chúng ta lại nhảy về băng 0 (băng chứa thanh ghi portb). Tất cả các lệnh làm thay đổi giá trị của thanh ghi portb, sẽ làm thay đổi tín hiệu điện ở bên ngoài chân của PORT B. Sau khi chuyển sang băng 0, chúng ta thực hiện lệnh BSF PORTB,0. Có nghĩa là chúng ta set bit ở vị trí 0 của portb, tức là chúng ta cho RB0 = 1. Có nghĩa là ở ngoài chân RB0 sẽ mang giá trị điện áp 5V. Khi đó, đèn LED nối với RB0 sẽ sáng. Các bạn sẽ thấy mach ngoài hoạt động như thế này: Khi bật điện lên, PIC được reset. Nó lập tức bật sáng đèn LED ở RB0, rồi sau đó giữ nguyên như vậy, không làm gì cả. Bây giờ các bạn lưu chương trình vừa viết thành LED_1.asm vào một thư mục nào đó. Nhấn Alt - F10, chương trình sẽ dịch LED_1.asm thành LED_1.hex Các bạn dùng mạch nạp PG2C và chương trình nạp IC-PROG để nạp vào PIC (tham khảo Hướng dẫn mạch nạp Falleaf PG2C - PIC Tutorial). Công việc của các bạn như sau: 0) Chạy thử chương trình ban đầu 1) Thay đổi lệnh BSF PORTB, 0 bằng lệnh BSF PORTB, 1. Nạp lại chương trình mới vào PIC. Bạn sẽ thấy bây giờ đèn LED không sáng ở vị trí RB0 nữa mà sáng ở vị trí RB1. 2) Thay lệnh BSF PORTB,0 bằng đoạn lệnh MOVLW b'11110000' MOVWF PORTB Bạn sẽ thấy các các chân từ RB0 đến RB3 sẽ tắt đèn, và các chân từ RB4 đến RB7 đèn sẽ sáng. 3) Bạn thay lệnh CLRF TRISB bằng đoạn lệnh CLRF TRISB BSF TRISB, 0 và giữ nguyên lệnh BSF PORTB, 0 Các bạn sẽ thấy rằng đèn LED trong trường hợp này sẽ không sáng nữa. Bởi vì các bạn đã làm cho TRISB = 00000001. Như vậy, RB0 trở thành chân Input. Khi RB0 trở thành chân Input, thì lệnh BSF PORTB, 0 sẽ không còn tác dụng nữa. RB0 lúc này không thể thay đổi giá trị bằng chương trình, nó chỉ có thể nhận giá trị điện áp từ bên ngoài vào. 4) Trong trường hợp mạch này, các bạn sẽ làm thế nào? Kết luận: Qua bài học này, các bạn đã học được các nội dung sau: - Làm một mạch chạy PIC - Cấu trúc một chương trình PIC - Lập trình từ máy tính, nạp vào PIC, và cho PIC hoạt động - Hiểu được hoạt động xuất nhập của PIC, chức năng của thanh ghi TRISA, TRISB, PORTA, PORTB, hiểu được các lệnh CLRF (xoá thanh ghi bất kỳ), MOVLW (ghi một giá trị bất kỳ vào thanh ghi W), MOVWF (ghi giá trị của thanh ghi W vào một thanh ghi khác), BSF (bật một bit trong một thanh ghi bất kỳ), GOTO (nhảy đến một nhãn bất kỳ), GOTO $ (nhảy tại chỗ), BANKSEL (chon băng trong bộ nhớ chương trình, chứa một thanh ghi bất kỳ), ORG định địa chỉ trong bộ nhớ chương trình. Hiện nay các bạn chưa học đến làm thế nào để Input, nhưng có thể các bạn sẽ thực hiện dễ dàng bằng việc thay LED bằng một nút bấm. Hoặc giả, các bạn muốn đèn LED nhấp nháy, về nguyên tắc các bạn có thể thực hiện bật tắt liên tục đèn LED bằng lệnh BSF và BCF. Nhưng làm như thế nó nháy quá nhanh, không thể thấy được. Bài học sau, chúng ta sẽ học cách viết hàm Delay, và các bạn có thể thực hiện việc làm cho đèn LED nhấp nháy, làm cho dãy đèn từ RB0 đến RB7 chạy qua chạy lại... Chúc các bạn may mắn trong bài học đầu tiên, và chúc các bạn thành công với PIC! BÀI 2: Hàm DELAY Qua bài học thứ nhất, chúng ta đã học về cách bật tắt một đèn LED. Bây giờ nếu muốn làm cho đèn LED nhấp nháy, có nghĩa là chúng ta bật đèn LED, sau đó chờ một khoảng thời gian, và tắt đèn led đó đi, sau đó lại chờ một khoảng thời gian nữa và lại bật đèn led lên. Muốn thực hiện việc này, chúng ta phải tìm cách làm một hàm delay (delay - tiếng Anh có nghĩa là trễ, chậm lại) Hàm DELAY là một hàm rất thông dụng khi lập trình thời gian thực. Nguyên lý của hàm delay là dùng thời gian thực hiện các lệnh của vi điều khiển để làm thời gian trễ. Như các bạn đã biết (nếu chưa biết thì bây giờ biết.. hihi), mỗi lệnh của vi điều khiển, khi thực hiện, cần phải tốn một khoảng thời gian nào đó. Nếu một việc làm mà không tốn thời gian thì đúng là vô lý. Vậy thời gian thực hiện một lệnh của PIC là bao lâu? Như trong bài học đầu tiên chúng ta đã đề cập, chúng ta sử dụng thạch anh từ 4MHz đến 10MHz và đến 20MHz. Thạch anh này tạo ra các dao động xung nhịp chính xác để duy trì những khoảng thời gian xác định cho vi điều khiển hoạt động. Chúng ta xem hình sau để hiểu được nguyên lý tạo dao động bên trong vi điều khiển: Hình 1: Thạch anh tạo dao động trên các chân OSC, đưa vào bên trong PIC. PIC sẽ đếm 4 nhịp trên dao động thạch anh, và để thực hiện một lệnh. Như vậy, thời gian thực hiện một lệnh chính là 4 nhịp dao động của thạch anh. Chúng ta thường gọi thời gian thực hiện một lệnh của PIC là một chu kỳ máy (đoạn số 2 trên hình). Vậy một chu kỳ máy bằng bao nhiêu, nếu chúng ta sử dụng thạch anh 10MHz cho PIC? Tần số dao động của thạch anh: F_osc = 10MHz Chu kỳ của dao động thạch anh: T_osc = 1/10.000.000 s Chu kỳ máy T_instruction = 4 * T_osc = 4/10.000.000 s = 0.0000004 s = 0.0004 ms = 0.4 us = 400 ns Như vậy, một lệnh máy được thực hiện trong vòng 0.4 micro giây, hay 400 nano giây. Tương tự, khi các bạn dùng thạch anh 4MHz, chu kỳ máy sẽ là 1us, và dùng thạch anh 20MHz, chu kỳ máy sẽ là 200 nano giây. Quay trở lại với việc nếu chúng ta cần thực hiện một việc gì đó giống như nhấp nháy đèn LED, thì chúng ta cần PIC phải dừng lại, không làm gì cả để chờ chúng ta. Nếu như lệnh NOP (lệnh không làm gì) sẽ giúp chúng ta chờ 0.4 us, mà chúng ta cần chờ 1 giây, thì chúng ta viết bao nhiêu lệnh NOP cho đủ? Thay vì như vậy, chúng ta viết một vòng lặp để cho vi điều khiển làm một việc vô thưởng vô phạt nào đó N lần, và mỗi lần như vậy nó tốn T chu kỳ máy. Như vậy, sau khi kết thúc việc làm vô thưởng vô phạt đó, vi điều khiển đã chờ chúng ta N * T chu kỳ máy. Để viết một vòng lặp như vậy, trước tiên chúng ta học cách đặt biến. Một biến được đặt trong PIC, thực chất là một tên gọi chung cho một hoặc nhiều thanh ghi các giá trị. Trong phần này, chúng ta chỉ đơn giản làm đặt biến có nghĩa là đặt tên cho một thanh ghi. Thực ra, chúng ta hoàn toàn không cần đặt tên, mà có thể gọi trực tiếp địa chỉ của thanh ghi, nhưng nếu làm như vậy, sau này, khi chương trình phức tạp dần lên, chúng ta sẽ dễ bị lẫn lộn các biến. Khi đặt biến, thanh ghi này nằm ở đâu? Nó sẽ nằm trong bộ nhớ chương trình và cụ thể, nó sẽ nằm trong vùng nhớ dùng chung mà chúng ta đã đề cập trong bài học trước. Vậy làm thế nào để đặt biến? Có rất nhiều cách đặt biến, và trong phần này, tôi sẽ hướng dẫn các bạn cách đặt biến mà tôi cho rằng rõ ràng nhất. Các bạn vừa làm gì? Directive ORG dùng để xác định địa chỉ vùng nhớ. Các bạn lưu ý rằng, khi xác định địa chỉ vùng nhớ ở đây, chính là các bạn xác định địa chỉ vùng nhớ dữ liệu, chứ không phải địa chỉ vùng nhớ lập trình. Những gì các bạn viết phía bên dưới, sẽ giúp cho trình dịch hiểu được rằng các bạn đang làm việc trong vùng nhớ lập trình, hay vùng nhớ dữ liệu Directive RES quy định việc đặt biến. Số 1 phía sau xác định rằng biến có tên COUNT_L chiếm 1 thanh ghi 8 bit, tức là 1 byte. Tiếp theo, các bạn lại đặt biến tên là COUNT_H. Như vậy, biến COUNT_H cũng chiếm 1 byte. Câu hỏi đặt ra là các thanh ghi này nằm ở đâu? Các bạn lưu ý, khi các bạn dùng directive ORG, là các bạn đã xác định nơi bắt đầu đặt biến. Như vậy, biến COUNT_L sẽ có độ dài 1 byte, và được đặt ở địa chỉ 0x020 tức là địa chỉ đầu tiên của vùng nhớ dữ liệu dùng chung trong băng 0 (20h) Vì COUNT_L đã chiếm 1 byte. Do đó, biến COUNT_H sẽ chiếm byte tiếp theo, và địa chỉ đầu tiên của COUNT_H sẽ là 21h, nhưng COUNT_H cũng chỉ có 1 byte, cho nên nó chính là thanh ghi ở địa chỉ 21h. Đến biến COUNT_N, tương tự, địa chỉ đầu tiên của nó sẽ là 22h. Biến COUNT_N chiếm 3 thanh ghi, như vậy, biến COUNT_N sẽ nằm từ 22h, 23h đến 24h. Nếu tiếp tục đặt thêm các biến khác, các biến đó sẽ bắt đầu từ địa chỉ 25h, cứ như thế. Vậy muốn đặt biến ở các băng khác thì làm thế nào? Các bạn cứ lấy địa chỉ đầu của vùng nhớ dữ liệu dùng chung của băng đó và viết như sau: Tóm lại, để chuẩn hoá một chương trình, các bạn chép đoạn code này vào, và sau đó không bao giờ còn phải viết lại nữa: Như vậy, một chương trình tổng quát bây giờ sẽ trở thành như thế nào? Code: Các bạn cần chú ý thêm, nếu phía trên chỗ biến ở băng 2, các bạn không đặt biến gì cả, thì các bạn cứ để nguyên như vậy, vì ngay bên dưới, các bạn đã đặt lại địa chỉ 0x0000, nó chẳng ảnh hưởng gì đến chương trình. Cũng giống như, nếu bạn không viết gì ở đoạn ORG 0x0000 và GOTO MAIN, mà bạn để ngay dòng ORG 0x0005 thì chương trình vẫn chạy bình thường. Đơn giản là từ đoạn 0x0000 đến 0x0004, PIC sẽ không làm gì cả. Chúng tôi đang cố gắng từng bước hình thành cho bạn kết cấu chương trình viết bằng MPASM, mỗi ngày một hoàn thiện hơn, để các bạn nắm rõ lý do vì sao các chương trình được viết như vậy, và chúng ta cùng thống nhất với nhau ở điểm này khi viết chương trình. Nếu các bạn tin tưởng vào việc tạo ra một chuẩn viết chương trình MPASM cho Việt Nam, thì các bạn là người đang đặt nền móng cho nó. Tôi cũng có tham vọng này, cho nên các quy cách ký hiệu tôi cố gắng dùng một chuẩn thống nhất, và mong rằng các bạn cùng tôi làm việc này, để sau này tất cả mọi người khi làm việc cùng với nhau có thể hiểu và truyền tải ý tưởng một cách nhanh nhất. Kể từ nay, các bạn đã biết cách đặt biến, biết cách viết phần khởi tạo, chúng ta sẽ chỉ còn bàn tới việc viết ở phần chương trình chính như thế nào nữa mà thôi. Các bạn vừa làm gì với đoạn chương trình trên? Điểm thứ nhất các bạn nên chú ý, đó là việc tôi thêm phần các chương trình con vào trong phần chương trình chính. Phần cuối chương trình tôi vẫn luôn để là GOTO $ và kết thúc với lệnh END. Tạm thời các bạn cứ viết như vậy để khoá chương trình ở dòng GOTO $, khi chương trình nhảy đến đó, nó sẽ thực hiện vòng lặp vô cùng tại chỗ, còn lệnh END là lệnh bắt buộc. Việc này giúp chúng ta phần tách rạch ròi phần chương trình con và chương trình chính để tránh nhầm lẫn. Bởi vì ở đây chúng ta mới bắt đầu các bài học cơ bản, cho nên tôi cho rằng các chương trình của các bạn viết là ngắn, nên chúng ta chưa đi xa hơn về việc phân bổ vị trí này. Các bạn chỉ đơn giản hiểu là chúng ta cần phải bỏ đoạn chương trình con ở đâu đó, và chúng ta nên tách thêm một phần nữa để dành riêng cho việc viết chương trình con. Việc làm này về sau sẽ rất có lợi, nhưng tạm thời chúng ta khoan bàn tới, và chúng ta cứ viết như vậy đã. Phân tích về đoạn chương trình con này, chúng ta thấy chương trình con luôn bao gồm như sau: Code: Lưu ý rằng ở trên, chúng ta gọi chương trình con CALL DELAY. Như vậy, việc gọi hàm được thực hiện bằng lệnh CALL [NHÃN]. Con trỏ chương trình sẽ nhảy về [NHÃN] được gọi. Nó thực hiện các lệnh nằm từ nhãn đó trở đi. Thực hiện cho đến khi gặp lệnh RETURN, nó sẽ quay trở về và thực hiện lệnh tiếp theo ngay bên dưới lệnh CALL. Ở đây, chúng ta gặp phải một vấn đề, đó là khái niệm Top of Stack. Tuy nhiên, chúng ta tạm gác nó lại cho bài học sau, còn bây giờ các bạn chỉ cần nắm được việc thực hiện lệnh CALL bao giờ cũng đi kèm với một nhãn. Con trỏ nhảy tới nhãn và thực hiện các lệnh bên trong đó, đến khi gặp lệnh RETURN thì nó nhảy trở về vị trí nằm sau lệnh CALL đó và thực hiện tiếp công việc đang làm. Vì bỏ qua khái niệm Top of Stack, cho nên đề nghị các bạn không đặt ra câu hỏi nếu trong các lệnh thực hiện, nó lại có một lệnh CALL gọi đi chỗ khác thì làm thế nào? Chúng ta sẽ giải quyết vấn đề này ở phần sau. Thế bên trong hàm DELAY chúng ta làm những gì? Lưu ý rằng, ở trên chương trình chính, sau khi đã khởi tạo PORTB là ngõ output, các bạn thấy chúng ta đã ghi giá trị d'255' vào biến COUNT_L. Cách viết giá trị như sau: b'11001010' để xác định số nhị phân d'234' để xác định số thập phân 0xF3 để xác định số thập lục phân Lưu ý: Số nhị phân chỉ có các giá trị 0 và 1, và tối đa dài 8 bit. Số thập phân chỉ có thể có giá trị từ 0 đến 255, và số thập lục phân chỉ có giá trị từ 00 đến FF Quay trở lại, biến COUNT_L đang mang giá trị 255. Khi thực hiện hàm DELAY, các bạn thực hiện lệnh DECFSZ (DECrement File, Skip if Zero), có nghĩa là nó sẽ giảm giá trị của một thanh ghi nào đó một đơn vị. Nếu sau khi giảm xong, mà kết quả là 0, thì nó sẽ nhảy cách ra một ô nhớ trong bộ nhớ chương trình, và thực hiện lệnh tiếp theo đó. Nếu giá trị sau khi giảm một đơn vị chưa bằng 0, thì nó sẽ thực hiện lệnh liền kề với nó. Như vậy, vòng lặp được thực hiện như sau: Nếu phía sau dấu phẩy, chúng ta để W, thì kết quả sẽ lưu vào thanh ghi W, và [File] không thay đổi giá trị gì hết. Nhưng ở đây, chúng ta muốn thực hiện như đoạn mã giả ở trên, nên chúng ta phải để là F. COUNT_L sẽ giảm dần từ 255 đến 1, trong quá trình đó nó cứ chạy lên DELAY, rồi giảm COUNT_L một đơn vị, xong lại nhảy về DELAY, lại thực hiện việc giảm 1 đơn vị của COUNT_L Khi COUNT_L = 1 nó lại giảm 1 đơn vị, lúc này COUNT_L = 0. Và nó không thực hiện lệnh GOTO nữa, mà thay bằng lệnh NOP, sau đó nó thực hiện lệnh RETURN, có nghĩa là quay về lại lệnh CALL ở trên. Như vậy, các bạn đã hiểu rõ hàm DELAY rồi. Nhưng quan trọng nhất là làm sao tính toán được thời gian hao tốn của đoạn vòng lặp này kể từ khi bắt đầu thực hiện lệnh CALL, vì thực ra chúng ta muốn là muốn biết chính xác thời gian thực hiện lệnh của nó. Thời gian thực hiện của lệnh CALL DELAY là bao lâu? Lệnh CALL khi thực hiện tốn 2 chu kỳ máy, như vậy chúng ta ghi chú là (2) ở đây. Lệnh DECFSZ tốn 1 chu kỳ máy khi giá trị trả về khác 0. Như vậy, trong quá trình thực hiện giảm từ 255 xuống 1, nó thực hiện 255 - 1 = 254 lần. Mỗi lần thế này nó tốn 1 chu kỳ máy, chúng ta ký hiệu (254) ở đây. Khi thực hiện lệnh GOTO, lệnh GOTO tốn 2 chu kỳ máy, vậy nó cũng thực hiện 254 lần, chúng ta ký hiệu (254 x 2 = 506) ở đây. Khi COUNT_L = 1, nó vẫn thực hiện lệnh DECFSZ, vậy nó tốn thêm 1 chu kỳ máy nữa (1). Sau khi thực hiện lệnh này, kết quả trả về là 0, vậy nó sẽ thực hiện một lệnh NOP (1), và sau đó thực hiện lệnh RETURN, lệnh RETURN tốn 2 chu kỳ máy (2) Kết quả: (2) + (254) + (508) + (1) + (1) + (2) = 768 chu kỳ máy Nếu chúng ta dùng thạch anh 10MHz, mỗi chu kỳ máy tốn 0.4 us, có nghĩa là lệnh CALL DELAY tốn: 768 * 0.4 us tức là khoảng 1/3000 giây. Chúng ta khoan bàn đến việc xa hơn, vậy thì chúng ta đã biết cách tính thời gian hao tốn của hàm DELAY rồi. Nhưng nếu tính như thế này thì quá mất công, chúng ta có thể chuyển nó thành công thức cụ thể như sau: CALL = 2 DELAY (COUNT_L) = [COUNT_L - 1] * (DECFSZ + GOTO) + 1 + 1 RETURN = 2 Các bạn nên nhớ công thức này để sau này phát triển lên tính các công thức khác. Tổng kết: Các bạn đã học được gì ngày hôm nay? - Các bạn đã hiểu được khái niệm chu kỳ máy, dao động thạch anh tạo ra, PIC sẽ thực hiện 1 lệnh trong vòng 4 dao động của thạch anh. Như vậy, chu kỳ máy của PIC sẽ là chu